Práticas de reuso de água na Alemanha. Prof. Dr.-Ing. Uwe Menzel

Transcrição

1 1 Second International Symposium on Water Reuse Curitiba Paraná Brasil 28 a 29 de Abril de 2015 Práticas de reuso de água na Alemanha Diretor Acád. do Instituto de Engenharia Sanitária, Gerenciamento da Qualidade de Água e de Resíduos Vice-Presidente, Plataforma Tecnologia Ambiental da Federação das Indústrias do Estado BW Vize-Präsident Conteúdo Apresentação da Universidade de Stuttgart / ISWA Vorstellung der / ISWA Vista geral das atividades industriais com maior consumo de água na Alemanha Überblick über die wasserintensivsten Industriebranchen in Deutschland Componentes no efluente e formas de tratamento para o reuso Inhaltsstoffe und Verfahren zum Wasserrecycling Reuso de água em ETEs municipais: Processo AFF para a eliminação de substâncias orgânicas, AOX e micropoluentes na Alemanha Wasserrecycling auf kommunalen Kläranlagen: AFF-Verfahren zur Elimination von org. Stoffen, AOX und Mikroschadstoffen in BRD Reuso de água na indústria: Biologia compacta e tecnologias de membranas na Alemanha Wasserrecycling in Industriebetrieben : Kompaktbiologie und Membrantechnologie in Deutschland Projetos da Transferência de tecnologias para o Brasil Übertragung von Technologien nach Brasilien im Rahmen eines DEG Projektes

2 2 Instituto de Engenharia Sanitária, Gerenciamento da Qualidade de Água e Resíduos (ISWA) Maior Instituto da Uni Stuttgart Größtes Uni-Institut Trabalho interdisciplinar Interdisziplinäre Zusammenarbeit Faculdade Ciências ambientais Fak. Umweltwissenschaften Pesquisa e desenvolvimento aplicadas Anwendungsorientierte Forschung u Entwicklung Cursos internacionais Internationale Studiengänge (MAUI) Vista geral das atividades industriais com maior consumo de água na Alemanha Überblick über die wasserintensivsten Industriebranchen in Deutschland

3 3 Vazões de Efluentes de Diversos Ramos Industriais 44,1 43,7 Indústria têxtil Indústria química 28,9 Indústria de pasta química, papel 23,7 Indústria metalúrgica 17,9 Cervejarias 13,8 Laticínios, queijarias 8,3 7,6 6,9 6,4 Indústria de veículos rodoviários Indústria de máquinas Carvão mineral, briquetes, coque Eletrotécnica 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 Quantidade de efluentes [milhões m³/ano] Componentes no efluente e formas de tratamento para o reuso Inhaltsstoffe und Verfahren zum Wasserrecycling

4 4 Componentes complicadores para o reuso Störende Inhaltsstoffe beim Wasserrecycling ETE municipal: quantidades muito grandes de efluentes Kommunal: extrem hohe Abwassermengen Substâncias orgânicas DBO / DQO / AOX Organische Inhaltsstoffe, BSB CSB AOX Micropoluentes Mikroschadstoffe Industria: em função do processo e da produção Industriell: prozess- und produktionsspezifisch Ex. Beneficiamento têxtil Textilveredlungsindustrie - Corantes reativos Reaktivfarbfarbstoffe - Sais Salze - Componentes organohalogenados (AOX) Tratamento de efluentes em função dos componentes

5 5 Reuso de água em ETEs municipais: Processo AFF para a eliminação de substâncias orgânicas, AOX e micropoluentes na Alemanha Wasserrecycling auf kommunalen Kläranlagen: AFF-Verfahren zur Elimination von org. Stoffen, AOX und Mikroschadstoffen in BRD Desenvolvimento do Processo de Tratamento e Reuso ETE Albstadt (efluente: corantes reativos, AOX e micropoluentes) 20 empresas IBT de grande porte EP e hab 60 % de ocorrência de água servida da IBT Q > m³/d forte coloração do corpo receptor mudança da radiação redução da fotossíntese prejuízo às condições naturais de vida

6 6 Carga de Efluentes no Beneficiamento Têxtil Exemplo Beneficiamento de Algodão Etapa do Beneficiamento Consumo de Água [L/kg produto] DQO [mg/l] Carga Efluente [%] Desengomagem >50 Desencruamento Branqueamento Mercerização <4 Tintura Pós-lavagem Acabamento Processo Total Consumo de Corantes na Alemanha Grupo de corante Quant. [t/a] Quant. [%] Quant. [t/a] Quant. Corantes diretos ,6 Corante de tinta , Corantes de enxofre Corantes reativos [%] , , Corantes mistos 530 4, ,4 Corantes cromos 125 1,2 92 0,8 Corantes de látex Universität 1790 Stuttgart 16, ,7

7 7 Processo de Coloração em Corantes Reativos Reação de fixação / hidrólise num grupo reativo monoclorotriazina Fibra OH + NaOH Fibra - O + Na + H 2 O Reação de ativação da fibra Fibra - O + Cl N N N Fibra O N N N + Cl - BG CT W BG CT W Reação de fixação N N - OH + Cl N OH N + N N Cl - Hidrólise BG CT W BG CT W Processos Biológicos Classe de corante Descoloração com tratamento biológico boa regular ruim Corantes de látex * Corantes de tinta * Corantes de naftol * Corantes diretos * Corantes de enxofre * Corantes reativos *

8 8 Verificação Processo considerando Retirada de Compostos Orgânicos Halogenados (HOV) Ecotoxicidade de Compostos Orgânicos Halogenados Hidrossolúvel Lipossolúvel HOV clorados: metanos etanos etenos benzenos fenóis Valores LC 50 Toxicidade Ecotoxicidade de HOV aumenta geralmente com a decrescente hidrossolubilidade ou crescente lipossolubilidade Toxicidade em Peixes (valores LC 50 após 96 horas) Compostos organo-halogenados em função do grau de cloração Grupo hidrocarbonetos Grau de cloração Mono- Di- Tri- Tetra- Pentacloro Metano Etano ,2 Eteno Benzeno ,4 0,8 0,25 Fenóis 6 2 0,4 0,2 0,1

9 9 Avaliação de processos para o reuso de água em ETEs municipais Bewertung von Verfahren zur Wasserwiederverwendung auf kommunalen Anlagen Oxidação úmida: O3, UV+H2O2 Naßoxidationsverfahren: O3, UV+H2O2 zu teuer da Q gross alto custo pois Q grande Precipitação/floculação com uso de polímeros orgânicos Fällung / Flockung mittels organischer Polymere ocorrência de lodo Schlammanfall superdosagem prejuízo ao desempenho de limpeza Überdosierung führt zu schlechteren Ablaufwerten efeito tóxico sobre organismos aquáticos Toxisch auf Wasserorganismen Adsorção em PAK (carvão ativado em pó) devido à estrutura química corantes reativos, AOX e micropoluentes são adsorvidos simultaneamente no PAK Aufgrund ihrer chemischen Struktur ist PAK für die Adsorption von Reaktivfarbstoffen, AOX und Mikroschadstoffen optimal geeignet Definição do Tratamento Processo de Adsorção-Floculação-Filtração (AFF) Adsorção Carvão em pó Floculação Filtração F, AF A CA TSP LA TSS Filtro rápido (filtração multicamada) Efluente da lavagem lavagem Etapa mecânica Etapa biológica Etapa avançada A : gradeamento TSS : tanque de sedimentação secundário CA : caixa de areia F : floculante TSP: tanque de sedimentação primário AF : agente floculante LA : lodo ativado

10 10 Instalação em Escala Real Projeto Piloto AFF de Albstadt Carvão ativado Sulfato de alumínio Eletrólito múltiplo Câmaras de filtro 12 unidades Área de filtro 360 m² Espessura de camada 1,5 m Material areia de quartzo antracito Velocidade de filtro em Qt = 5,1 m/h em Qmáx. = 11,3 m/h construções existentes construções novas construções modificadas Desvio Pós tratamento Entrada SSF Poço de mistura Tanque de Equalização e de Contato Desvio Bombas Tanque de sedimentação Desvio Bomba helicoidal Filtro de areia saída SSF Início da obra da etapa AFF com ministro do meio ambiente na ETE Albstadt

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13 13 Resultados operacionais da Instalação Técnica de Grande Porte durante 3 anos mostram que o Reuso é possível Variável de medição Unidade Valor médio aritmético Valor 80% Valores limite para lançamento Q m 3 /d PAK mg/l 21,1 32,1 - Sulfato de alumínio mg/l 2,89 3,78 - Eletrólito múlt. mg/l 0,17 0,21 - Parâmetro saída NKB saída filtro saída NKB saída filtro Limites legais DFZ (525 nm) m -1 1,25 0,23 2,0 0,29 0,3 SS mg/l 13,7 2,78 18,5 4,0 5 DQO mg/l 30,0 11,9 37,5 15,1 75 P ges mg/l 1,21 0,38 1,66 0,6 1,0 Reuso de água na indústria: Wasserrecycling in Industriebetrieben: Biologia compacta e tecnologias de membranas na Alemanha Kompaktbiologie und Membrantechnologien in Deutschland Pós-Tratamento e Reuso de efluentes industriais (MBR /Nanofiltração/ Osmose Reversa)

14 14 MBR Bioreator de membranas

15 15 Biologia por Pressão (MBR) Saída de Ar Tratamento Biológico Aerado de Efluentes Entrada Ar Ultrafiltração Saída Lodo excedente Filtração por membranas no tratamento de águas residuais MBR Bioreactor Ultrafiltração Entrada 100% Remoção da matéria orgânica biodegrdável Homogeneização durante o processo biológico Ausência de sólidos no permeado da UF

16 16 Filtração por membranas no tratamento de águas residuais Bioreactor MBR Ultrafiltração Nanofiltração/ Osmose Reversa Entrada 100% saída 80% Reuso Lançamento direto Concentrado 20 % Pós-tratamento (ex. Carvao ativo) ou Lançamento Remoção da matéria orgânica biodegrdável Homogeneização durante o processo biológico Ausência de sólidos no permeado da UF Menor área superficial de membranas necessária Menor frequência de limpeza Nanofiltração (NF) e Osmose Reversa (RO) Nanofiltração (25 bar) Osmose Reversa baixa pressão (50 bar) Osmose Reversa (70 bar) Osmose Reversa alta pressão (up to 120 bar) Aplicação no tratamento de águas residuais ou na purificação de água potável

17 17 Aplicações na Alemanha CASE STUDY : Lavandaria Localização: Kaiserlautern, Alemanha Lavandaria Estação de tratamento de efluente: MBR + NF Vazão: 84 m³/d Concentração DQO entrada: mg/l Reciclagem: 70 % Start-up: Setembro 2004

18 18 CASE STUDY : Lavandaria Entrada Separação de sólidos Tanque Equalização Tanque água de processo Sólidos Nanofiltração Reuso como agua de processo Ar Bioreator Ultrafiltração Lodo em excesso Descarte para ETE Municipal CASE STUDY : Lavandaria DQO [mg/l] COD in mg/l /30/04 11/04/04 11/09/04 11/14/04 11/19/04 11/24/04 11/29/04 inflow buffer tank inflow biology UF filtrate NF permeate

19 19 CASE STUDY : Lavandaria Metais Pesados e Halogeneos orgânicos [mg/l] Parâmetros Entrada Permeado UF Permeado NF AOX Pb 0.19 < 0.01 < 0.01 Cd < < Cr < 0.01 < 0.01 Cu 0.33 < 0.1 < 0.1 Zn < 0.05 CASE STUDY : Lavandaria Custo de operação total: 1.05 /m 3 sludge Descarte disposal de lodo 25% energy Energia 39% chemicals Químicos 12% membrane Troca de replacement membranas 24%

20 20 CASE STUDY : Lavandaria Biologia Ultrafiltração Nanofiltração CASE STUDY : Indústria do Papel consumo de água elevado necessidade de água de processo com elevada qualidade tratamento de efluente profundamente integrada na produção Desenvolvimento do consumo de água e produção de papel* Ano Litros de água por kg de papel Produção em 10 6 ton * Fonte: Ministerium für Umwelt und Verkehr Baden Württemberg

21 21 CASE STUDY : Indústria do Papel Localização: Eltmann, Alemanha Reciclagem de papel Estação de tratamento de efluente: NF Vazão: 200 m³/h Efluente tratado reciclado para uso nas máquinas de papel Recuperação: 90 % Área de membranas instalada: 15,000 m² Start-up: Dezembro 1999 CASE STUDY : Indústria do Papel Entrada 700 m 3 /h Nitrificação Decantador Ar Nanofiltração Floculação/precipitação Filtro de areia Sólidos, reuso na construção civil Reuso no processo, 180 m 3 /h Descarte directo, 160 m 3 /h Reuso no processo, 360 m 3 /h

22 22 CASE STUDY : Indústria do Papel CASE STUDY : Indústria do Papel

23 23 Projetos da Transferência de tecnologias para o Brasil Referências no Brasil Indústria : Farmaceutica Localização: SP, Brasil Vazão: 150 m 3 /d Remoção DQO: > 90% Processo: MBR Volume Reactor: 900 m 3 Start up: 2010 Indústria: Cervejaria Localização: Piraí - RJ, Brasil Vazão: m 3 /d Carga DQO: kg DQO/d Processo: BIODIGAT Tratamento Anaerobio Reator Anaerobio : m³ Start up: Nov 2012 Foto da ETE anaeróbio BIODIGAT em SNP Lingen, Alemanha (2010)

24 24 Rede para a eficiencia de recursos naturais e energia (REEF) em Santa Catarina, Brasil Netzwerk Ressourcen- und Energieeffizienz (REEF) in Santa Catarina, Brasilien. DEG-Projeto de cooperção: SENAI-SC, Wehrle Umwelt GmbH, LVI, Arqum, Uni Stuttgart DEG-Kooperationsprojekt Melhorar a proteção ambiental na indústria: energia, emissão, água, esgoto, resíduos Verbesserung des industriellen Umweltschutzes Integrar empresas locais Einbindung lokaler Unternehmen Desinvolvimento de projetos ambientais Erarbeitung von Umweltkonzepten Apoiar o mercado na área de meio ambiente em Santa Catarina e em outros estados do Brasil Förderung des Umweltmarktes in Santa Catarina und anderen Bundesstaaten Brasiliens Parceiros Seite 48

25 25 Results Seite 49 Projeto BRAMAR (BRAsil, (Managed Aquifer Recharge, MAR) Réuso do efluente durante periodo de estiagem Ziel: Wiederverwendung von Abwasser im NO Brasiliens ( semiaride Region ) Mittel: Technologien testen und Konzepte zum Wassermanagement erarbeiten Verfahren: Membranfiltration und Kleinkläranlagen als dezentrale Komponente www. BRAMAR.net www. BRAMAR.net

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